ＣＰＵはなぜ直流電源か？

サーバ等のコンピュータ機器類（ＣＰＵ等）は何故交流を直流変換するのでしょうか？交流のままだと、周波数変動で動作不安定とかの理由はあるのでしょうか？　ちなみに、電車のモータは直流でも交流でもＯＫのものもあるようですが、コンピュータ機器はＡＣ電源→ＤＣに変換が通常だと思います。

No.6 ベストアンサー 回答者： tatsumi01 回答日時： 2007/02/22 01:20

No. 2, No. 5 のものです。

> 交流の場合、周波数により、周期の1/4は＋の最大、2/4で0、3/4で－の最大、4/4でまた0となり電圧が一定に保てない
そういう理解でも悪くはありませんが、そもそもプラスの電圧をかけて働く半導体回路にマイナスの電源をかけると半導体が壊れます。また、５Ｖで動作する回路があったとして、１Ｖをかけたのではきちんと働きません。直流で動作する半導体回路に交流電圧をかけても働かないだけでなく、壊れる危険があります。

プラスで働く半導体回路の電源は、電圧がプラスなら何でも良いかというと、そうはいきません。半導体回路の働く定格電圧というものがあり、これが前回の「電源電圧が５Ｖ±０．４Ｖの範囲に収まって」という意味です。もちろん、ここでの「５Ｖ±０．４Ｖ」というのは物の譬えで、実際には使用する半導体回路で決まっています。

なお、交流で働く論理回路としてパラメトロンの例を挙げましたが、パラメトロンの動作原理は簡単には説明困難です。交流電源（５０Ｈｚの商用電源）を直接使用するものではない、とだけ書いておきます。興味があったら教科書をお読み下さい、と言いたいところですが、４０年近く前に廃れてしまった技術なので原理を書いてある教科書や参考書を探すのは困難です。しかし、面白い技術であることは確かですし、戦後の遅れていた日本の電子工学技術でコンピュータが曲りなりにも作れたのはパラメトロンの安定性、堅牢性、低価格のおかげです。

この回答へのお礼

いつもご丁寧な回答有難うございます。これで大分すっきりしました。最後までお付き合いして頂き有難うございます。素晴らしい知識に感動しました。

お礼日時：2007/02/23 23:54

No.5 回答者： tatsumi01 回答日時： 2007/02/19 00:12

No. 2 のものです。

ＣＰＵは半導体による論理回路から構成されています。論理回路には歴史的に見ると交流で動くもの（日本で発明されたパラメトロンが代表）もありますが、現在は全部直流の２値回路です。２値とは”１または０”で数値を表すもので、コンピュータが２進演算を行うことはご存知ですね。

直流の２値回路では、”１”を例えば５Ｖで、”０”をを０Ｖで表します。計算結果がいつも５Ｖ／０Ｖになっていればいいのですが、いろいろな要因で”１”であるべき電圧が例えば３．９Ｖに低下したり、”０”であるべき電圧が１．３Ｖに上昇したりします。そこで、途中に整形回路を入れて２．５Ｖ以上は”１”だとして５Ｖに整形し、２．５Ｖ未満は”０”だとして０Ｖに整形てやります。

このような処理を安定に行うためには、電源電圧が５Ｖ±０．４Ｖの範囲に収まっていてくれないと結果が保証されません。そこで、直流電源が必要となります。また、一般に電源は電流を取ると電圧が低下します。そこで、ある範囲内なら電流を取られても電圧が降下しないような設計にします。

以上はかなり荒っぽい説明で、説明をはしょったところもあります。これ以上のことは論理回路と電子回路の教科書で勉強して戴くしかありません。

この回答への補足

ご丁寧な回答有難うございます。とてもわかり易い回答でした。念押しの意味で確認ですが、文中の「処理を安定に行うためには、電源電圧が５Ｖ±０．４Ｖの範囲に収まっていてくれないと結果が保証されません」について、つまり交流の場合、周波数により、周期の1/4は＋の最大、2/4で0、3/4で－の最大、4/4でまた0となり電圧が一定に保てない。だから安定している直流電圧を使用する必要があるという理解でよろしいでしょうか？

補足日時：2007/02/20 00:07

No.4 回答者： Microstar 回答日時： 2007/02/17 11:51

ＣＰＵの電源は半導体の性質上直流でないと、動きません。

通常は５Ｖです。
そのまま交流電源をぶち込むと壊れます。
それを動かす元となるのは、水晶発信機から出るクロック信号（パルス波）です。クロック信号からいくつかのクロック信号に分けて、動かすようになっています。交流電源から取っていません。
具体的なことは、図解の本がありますので、ご覧ください。

この回答へのお礼

まさに私が知りたい答えでした。ちなみに、図解の本のタイトル等、何か本を特定する手がかりの情報ありましたらご教授願います。

お礼日時：2007/02/18 22:46

No.3 回答者： saru_1234 回答日時： 2007/02/16 20:25

その方が信頼性や効率が高い、のだそうです。

http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/2005101 …

この回答へのお礼

回答有難うございます。記述して頂いたＵＲＬ参考になりました。ただ、質問が不明確だったかもしれませんが、私が知りたかった真の質問は、なぜ、ＣＰＵは直流電源で規定電圧・規定電流でないと動作しないのか？ということでした

お礼日時：2007/02/18 22:43

No.2 回答者： tatsumi01 回答日時： 2007/02/16 20:04

質問の趣旨がよくわかりませんが、ＣＰＵは直流電源で規定電圧・規定電流でないと動作しません。

もしかして、普通のデスクトップなどは交流電源を供給して内部で交流→直流に変換しているのに、「サーバーでは筐体内部では交直変換しないで、外部に直流電源を設けているのはなぜか」という質問でしょうか。

ただし、私はサーバーが上記のような構成を取っているかどうかは知りません。普通は交流電源を供給し、内部で交直変換します。大昔のコンピュータで電源架が別にあったものもありますが、博物館に行かないと見られない珍品です。

そういえば、ラップトップコンピュータでは外部に電源ユニットが付いていますね。それは、本体の中に電源部を入れるスペースがないからです。本体の中に入るような電源ユニットを設計できたら売れ行きがどんと増すでしょう。

なお、電車には交流モーターを使うものと直流モーターを使うものがあります。電源が交流でモーターが直流の場合は、電車の中に交直変換装置を備えています。モーターが交流の場合、電源が直流だったら内部で適切な周波数の交流を発生させて駆動します。

交流モーターで電源が交流だったら、電車内部で一旦直流にしてから適切な周波数の交流を発生させ、モーターを駆動します。電源の周波数（５０／６０Ｈｚ）と交流モーターにとって必要な周波数が違うためにこんな面倒な手順になります。

この回答へのお礼

回答有難うございます。質問が不明確だったかもしれませんが、私が知りたかった真の質問は、なぜ、ＣＰＵは直流電源で規定電圧・規定電流でないと動作しないのか？ということです。もし、このへんの情報がありましたらご教授願います。

お礼日時：2007/02/18 22:40

No.1 回答者： noname#39970 回答日時： 2007/02/16 19:51

心臓に動脈と静脈が有るようなもの。

交流のままでも機能する物も有るけれど直流で有る方が確実な動作をする回路を作成できる
→ダイオード等電流の向きで正しく動作しなくなる

交流が存在するのは　基本的に電力供給の効率の問題だったと思う
直流で送ると　物凄い欠損が出る

この回答へのお礼

回答有難うございます。例えが素人の私にはちょっと難しいかも。質問が不明確だったかもしれませんが、No４の回答が正に私の求めているものでした。

お礼日時：2007/02/18 22:37